由于工業(yè)以太網(wǎng)在實時應用領域仍處在發(fā)展階段,所以在如下應用中,實時性表現(xiàn)還亟待提升:傳動應用,如冶金軋線、造紙,其對于多輥系統(tǒng)的線速度實時調節(jié)有很高要求;高速機械,如機床、汽車高速升降設備,主要靠高速傳感器的輸入執(zhí)行邏輯控制和高速輸出;給料系統(tǒng),需要通過來自稱重系統(tǒng)的高速輸入控制給料閥確保給料量精確。
從技術和應用角度出發(fā),如下問題制約著工業(yè)以太網(wǎng)實時性的進一步發(fā)展:
1.沖突監(jiān)測機制。ieee802.3在mac層定義的csam/cd(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)機制由于引入了沖突機制,雖然隨著以太網(wǎng)全雙工機制的引入以及通訊帶寬的不斷提升,沖突發(fā)生的幾率已經(jīng)大大降低,但是本質上還是為工業(yè)以太網(wǎng)的實時性埋下了一定隱患。如果要進一步提升實時性的表現(xiàn),csma/cd的退避算法需要進行升級。也就是說一旦監(jiān)測到?jīng)_突,退避的間隔時間需要進一步減少,從而提高實時性。
2.交換機性能的提升。在整個數(shù)據(jù)采集-處理-輸出的工程中,網(wǎng)絡節(jié)點設備也是造成延時的主要因素。雖然隨著交換機性能的不斷提升,發(fā)生在交換設備上的延時往往被控制在10μs之內,但是當網(wǎng)絡負荷較大時仍然對網(wǎng)絡的實時性產(chǎn)生嚴重的影響。所以如qos和holblockingprevention等服務需要集成到交換機設備之中。
3.網(wǎng)絡體系與通訊設備處理的性能。數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上傳輸?shù)难訒r也會對實時性有著很大的影響。由于在規(guī)劃工業(yè)以太網(wǎng)在設備層網(wǎng)絡負荷時,一般不超過總帶寬的30%,所以進一步提升網(wǎng)絡的帶寬十分必要。同時,作為可以提供更高emc表現(xiàn),更快傳輸速度的光纖方案也會有助于實時性的提升。隨著芯片技術的提升,通訊節(jié)點對于數(shù)據(jù)包的處理能力和速度也會不斷提升,進而提升以太網(wǎng)的實時性。
plc等控制系統(tǒng)的功能發(fā)展也對工業(yè)以太網(wǎng)技術的實時性有一定的影響。對于90%的工業(yè)應用,其plc掃描周期在10ms~10s之間,但是在精益制造和低碳節(jié)能理念不斷發(fā)展的大趨勢下,plc系統(tǒng)功能的發(fā)展,尤其是plc處理能力的提升將是plc發(fā)展的大勢所趨。當傳統(tǒng)工業(yè)對于plc掃描周期的要求愈加苛刻時,對i/o數(shù)據(jù)采集和與其他設備的通訊實時性要求也勢必需要隨之提升,因此工業(yè)以太網(wǎng)技術的實時性也必須順應這一趨勢,尤其是在網(wǎng)絡延時控制、通訊處理能力方面進一步提升性能,才能完成在工業(yè)領域里對高速總線,如canopen和sercos的全面取代。